發動機缸蓋壓裝擰緊智能化設備

韓 冰

（上海通彩機器人有限公司，上海 000000）

近幾年我國的汽車行業飛速發展，國產發動機設計和制造水平突飛猛進，發動機產量也迅速增長，隨著推進實施“中國制造2025”，實現制造業升級，新一代全自動智能汽車發動機機加工生產線也隨之出現。發動機缸蓋油道是整個發動機潤滑系統的重要部分，保證潤滑油充足的供應到潤滑點，鋼球的壓裝質量直接關系到發動機的潤滑；水套是利用冷卻液循環帶走發動機燃燒產生的多余熱量，保證發動機高效工作，碗形塞壓裝及螺堵擰緊是發動機冷卻系統的重要組成。鋼球、碗形塞壓裝及螺堵擰緊自動化裝配設備屬于發動機缸蓋機械加工生產線輔機部分，在機械加工生產線屬于重要環節。該設備全部采用機器人搬運定位；傳感器監測質量，全過程監控保證質量穩定可靠同時節約人力。

該設備由以下幾大模塊組成：①輸送輥道、②檢測組件、③中轉臺、④擰緊組件、⑤上料系統、⑥壓裝組件、⑦機器人組件、⑧涂膠系統。根據工件的工藝要求對以上組件合理布局。

圖1整體布局圖

（1）輸送輥道包括來料輥道、下料輥道和剔料輥道。輥道采用電機驅動，鏈條傳動動力，滾輪采用包膠工藝防止碰傷工件。輥道根據缸蓋形狀配有導向裝置、工件精準檔停裝置、工件規整裝置、舉升裝置等，從而保證缸蓋精確地流轉姿態和舉升插銷定位后機器人高精度抓取。剔料輥道為不合格品下線輥道，所有工位判別的不合格品會記錄傳遞至MES系統，輥道出料口擺放顯示屏，人工處理不合格品時屏幕會顯示不合格信息供操作者判斷和分類。

（2）檢測組件是由多組直徑較小氣缸組成，目的是檢測工件鋼球孔、碗塞孔、螺紋孔是否漏加工、有異物等，防止孔沒有正確加工或者孔內有異物導致后序壓裝擰緊過程中出現工件和設備損壞問題。檢測過程中機器人抓取至工作位，所有氣缸伸出，氣缸伸出位傳感器信號有則孔合格可以繼續流轉；若無信號則剔除。

（3）中轉臺為了保證機器人抓取工件姿態滿足工序要求所以帶有旋轉機構，旋轉機構由標準氣缸、齒輪齒條機構組成。中轉臺并且具有自動切換定位銷功能，實現多品種自動切換，中轉臺配有高精度定位銷，定位銷配有斷銷檢測和落銷氣動檢測，采用SMC氣動位置傳感器精確檢測出工件是否到位，保證加工精度。

（4）擰緊組件主要部件是擰緊軸、升降組件及上料組件，工作流程是機器人抓取工件至擰緊位插銷平衡擰緊扭矩，上料組件準備物料至擰緊軸套筒上方并壓緊，擰緊軸啟動認帽程序，成功認帽后上料機構退出，擰緊軸上升至工作位擰緊。擰緊軸目前主要采購 Atlas Copco、Cooper、Bosch、Desoutter等品牌，采用轉角監視的扭矩控制策略，能夠識別螺紋交錯、墊圈缺失、螺栓斷裂、螺栓尺寸偏大、螺栓質量較低等問題，能發現重復擰緊的螺栓，監控扭矩大于目標扭矩或者監控轉角大于目標轉角擰緊軸會停止作業，峰值扭矩大于最小扭矩小于最大扭矩并且最終轉角大于最小轉角小于最大轉角此時判定合格，輸出合格報告。

（5）上料系統采用振動盤根據工件獨有特征使工件按照需要姿態排列，缺料及滿料是由傳感器精確檢測反饋提示，物料倉具有防錯功能。當需要補料時操作者用手持式二維碼掃描槍先掃描物料倉二維碼，然后掃描物料包裝袋上二維碼，兩碼一致物料倉門自動打開，否則報警提示，從而實現防呆防錯。

（6）壓裝組件中包含伺服壓機、伺服壓機變位組件、壓頭組件和反支撐組件，機器人抓取工件準確定位至反支撐組件此位置用來平衡伺服壓機壓力，上料機構上料后伺服壓機帶動壓頭壓裝。伺服壓機主要采購博世力士樂、奇石樂Kistler等品牌，伺服壓機系統具有高重復精度，最佳移動速度，最大程度地減少意外停機，提高機器利用率，從而提高整個生產過程的生產率，集成的傳感器能高精度連續采集和評估力、位移、轉角、扭矩等數據，從而確保100%質量控制。最終輸出力和位移曲線并且存儲至工控機及MES系統中。本設計方案中采用一個伺服壓機，通過伺服電機絲桿螺母結構帶動伺服壓機變換位置，切換不同壓頭滿足不同型號鋼球及碗形塞的壓裝。

（7）機器人組件主要包含機器人和夾爪工裝，機器人主要采購KUKA、ABB、FANUC等廠家，夾爪根據工件特征設計夾具，配合雄克氣動夾爪保證夾緊工件，夾爪上采用基恩士高精位置傳感器，當機器人在搬運及精準定位壓裝時會實時監控工件位置，工件位置有變動時機器人會報警停機從而保證裝配精度、防護生產設備損壞。

（8）涂膠系統是把厭氧膠涂在工件碗形塞孔和螺堵孔內壁，作用是壓入或擰緊后保證缸蓋良好的密封性。涂膠系統主要包含涂膠設備、變位伸縮組件、相機視覺檢測組件。涂膠設備采購樂泰涂膠系統其包含儲膠灌、膠閥、甩膠器。膠灌將膠水加壓輸送到膠閥位置，膠閥能精確定量向碗形膠杯中供膠。工作流程是甩膠器通過氣缸移動至工作位，膠杯剛好進入被涂工件孔內壁，此時甩膠器高速旋轉，膠閥打開精確供膠，膠水通過膠杯的徑向小孔均勻的甩到孔壁上。涂膠后甩膠器通過氣缸收回，此時相機拍照，進行數據比對，檢查涂膠形狀，有無斷膠情況。

工件生產時序：工件左側流入工位→機器人左一抓取檢測→機器人左一抓取涂膠→機器人左一抓取壓裝→機器人左一放置中轉臺→機器人左二抓取涂膠→機器人左二抓取壓裝→機器人左二抓取擰緊→機器人左二放置中轉臺→機器人左三抓取擰緊→機器人左三放置下料輥道→工件右側流出，設計過程中平衡機器人工作量，保證節拍最少。此設備可以兼容四種產品，無需人工切換，可根據來料二維碼自動切換工裝并且跟蹤二維碼，二維碼數據和壓裝數據、擰緊數據一一對應存儲至工控機。設備采用機器人搬運及定位，柔性較高，也有利于后期增加產品種類的設備改造。

設備為新一代發動機缸蓋機加工生產線輔機，設備采用先進的伺服壓機、擰緊軸、機器人、光纖對射傳感器、色差傳感器、高精度位移傳感器、視覺傳感器、圖像讀碼器等先進設備，智能判別工件種類切換工裝，采集記錄生產信息，自動判別不合格品，真正的做到機械生產智能 化、無人化。這是向“中國制造2025”目標發展的真實寫照。